近年来，国内出现多起由于发电机功率变送器输出的信号发生畸变，导致的保护系统误动作甚至跳机的情况，对电网造成冲击严重影响到电网的安全运行。本文主要研究了一种新型的功率变送器其既满足稳态精度要求，也能在系统暂态情况下真实、准确、及时地输出功率信号，保证机组稳定运行。

 

1  传统功率变送器介绍

功率变送器是一种将电压、电流通过运算成功率后变换成以直流4~20mA输出的设备。它是远动装置、热工DCS等监控系统中#为关键的信号来源。电网的安全稳定的运行功率变送器起着非常关键的作用，因此其响应速度快、带负载能力强、机械结构简单，输出电压、电流#好能不随负载阻抗变化，即要求电测量变送器具有接近恒压、恒流的特性。功率变送器的工作原理是将输入的电压、电流信号量经过乘法器运算后通过数模转换器转换成直流4~20mA信号后输出；如图1所示。

1.1 传统功率变送器缺陷分析

在电网中干扰量小且处于稳态的情况下，传统变送器能够提供满足电测量计量要求的数字信号，但在电网处于暂态的工况下，就会出现很多问题：

（1）由于传统变送器只有一路电压、电流采样回路，当发生采样回路断线时，会使发电机功率测量错误；

（2）其抗干扰能力弱，容易受到电网波动的干扰，致使输出功率产生畸变，从而对机组稳定运行造成安全隐患；

（3）暂态特性差，在系统发生暂态状况下的故障（瞬时故障），其输出容易失真，会造成保护系统误动，甚至有可能会造成跳机的事故。

 

2  传统变送器输出异常引发的事故

（1）例1：某发电厂500kV线路B相发生瞬时故障时，线路保护动作后3号、4号机组功率保护动作，致使3号、4号机组发生跳闸停机事故。经过原因分析得知：汽轮机的保护功率变送器测量数据失真，保护误关闭汽机调门，导致发电机输出功率下降，短时间后，零功率切机误判断使2台660MW机组跳机。

（2）例2：某发电厂3号机组正处于并网升负荷阶段时，系统突发B相接地故障，功率切机保护误动致使机组跳机。经过分析原因是：当系统发生接地故障时发电机功率出现大幅度波动，导致功率切机保护误动作。

 

3  智能变送器研究

3.1 智能变送器的功能设计

由于传统变送器有以上功能缺陷，因此需要研究新型的变送器来代替。要求新型变送器不仅满足传统变送器在稳态测量精度上的要求还必须可以智能处理暂态情况下的电压、电流测量问题。智能变送器从设计上采取措施避免传统变送器采样回路断线、抗干扰能力弱、暂态特性差等问题。主要从3个方面着手：

 

（1）采用双回路设计

用两组测量回路分别同时测量发电机出口的测量级CT和保护级CT，再通过乘法器、数模转换器、比较器、滤波器，进行数字信号输出；如图2所示。

（2）增加抗干扰功能

主要从硬件和软件着手增加设备的抗干扰功能。在硬件上增加比较器和滤波器。

1）比较器：用于比较两路输入电压、电流的数值，通过比较两路电压信号实时判别电压输入是否异常，但系统认定一路输入发生异常会自动屏蔽错误数据，切换另一路功率用于计算及保护，并同时发出报警送到后台。可有效防止PT断线引起的功率计算错误导致的事故发生。

2）滤波器：根据电厂的实际情况，设计的截止频率为f=0.4Hz，意味着现场频率变化高于0.4Hz的电压、电流输入量都会被有效抑制，这样既可以滤除交流干扰信号，又可以使正常电压、电流变化信号顺利通过，以达到滤波的效果。完全符合现场运行的需要。

（3）暂态特性的改进

为克服输入电流发生失真，可将输入电流非周期分量过零点发生的时刻延长，使过零点出现在继电保护装置发生保护动作之后, 以此可改进变送器的暂态特性。

 

3.2 变送器的算法原理设计

（1）暂态特性的改进算法设计

由于非周期分量是影响变送器暂态特性的重要因素，按直流分量为全偏移考虑，回路中发生短路故障时的输入电流为：

结合电路等值原理，可推到出方程组：

 

设变送器的的负载为纯电阻，则L 1 =0，由式（2）推到得出式（3）、式（4）：

由式（4）可知变送器输入电流非周期分量的过零点时刻为：

由式（5）可知电路时间常数T 2 越大，非周期分量的过零点t 1 越大，因此增大电路时间常数，即可使过零点出现在继电保护装置发生保护动作之后，以此可改进变送器的暂态特性。

 

（2）有功功率和无功功率的算法设计

有功功率和无功功率的算法采用全周傅立叶算法设计，当发电机保护级CT的输出电流>1.2额定电流时，变送器的功率计算电流采用保护级CT电流，其余电流采用测量级，这样故障情况下功率的准确测量也同时得到了兼顾。功率因数计算公式：

（3）PT断线算法设计

满足以下任一条件5s后变送器给出断线报警信号，条件消失5s后断线报警信号自动解除：

（1）存在某一线电压<70V，且某一相电流>0.05In，用于检测不对称断线和三相失压；

（2）负序电压>6V，用于检测不对称断线。条件（1）主要是用来判别对称性三相断线的，也是对不对称断线条件的补充。加上电流闭锁条件的原因是用来防止变送器在调试过程中误发告警信号。条件（2）则是专门用于对PT发生不对称断线时进行判断的。

（4）CT断线算法设计

CT断线算法设计为三相CT的零序电流>30%的#大相电流，给出断线报警信号，条件消失5s后断线报警信号自动解除。

 

4  智能变送器的测试结果

4.1 测试方法

由于现行的检定规程还没有对变送器暂态功能的相关测试的规定，只能根据JJG 126-1995《交流电量变换为直流电量电工测量变送器检定规程》对智能变送器进行电测量数据的测试。

 

4.2 测试结果

通过试验结果表明，智能变送器功率输出测试结果完全符合规程要求。见表1。

5  结束语

本文介绍的智能变送器，解决了传统变送器在暂态情况下容易输出失真的问题，并且经过测试其功率测量精度完全符合规范要求。